Estrazione a ultrasuoni utilizzando la canapa come materia prima
- Per la pianta di cannabis sativa si possono distinguere due specie: marijuana e canapa.
- Gli ultrasuoni sono ampiamente riconosciuti come metodo superiore per isolare i cannabinoidi sia dalla marijuana sia dalla canapa.
Estrazione a ultrasuoni dei cannabinoidi
La tecnologia di estrazione a ultrasuoni è altamente efficiente nel rilasciare i composti attivi (ossia cannabinoidi (CBD, THC, CBG), oli essenziali, terpeni ecc.) dal materiale vegetale, come infiorescenze, foglie e steli.
L’estrazione a ultrasuoni supera le tecniche di estrazione convenzionali grazie a diversi vantaggi:
L’estrazione assistita da ultrasuoni (UAE) è ampiamente riconosciuta come tecnica di intensificazione del processo, che migliora il trasferimento di massa e consente di ottenere rese maggiori di composti bioattivi come cannabinoidi, terpeni ecc.
La sonicazione produce estratti di alta qualità poiché l’estrazione a ultrasuoni non richiede l’impiego di solventi aggressivi e tossici per rilasciare i cannabinoidi. L’estrazione a ultrasuoni può essere eseguita utilizzando come solventi, ad esempio, acqua, miscele di acqua e alcol, alcol oppure olio (di oliva, di cocco). Questo rende l’estrazione assistita da ultrasuoni (UAE) significativamente più rispettosa dell’ambiente.
Scopri di più sulla scelta corretta dei solventi per l’estrazione a ultrasuoni!
Le condizioni blande di estrazione mediante sonicazione consentono di ottenere un estratto che presenta le stesse proprietà della materia prima (ad esempio canapa, marijuana), ma intensificate – offrendo effetti benefici sulla salute, gusto e odore superiori.
Gli estrattori a ultrasuoni Hielscher possono essere controllati con precisione. Il controllo completo dei parametri di processo, come intensità e temperatura, consente di ottenere estratti di qualità eccezionalmente elevata. Poiché la sonicazione è un metodo di trattamento non termico, si evita la degradazione termica dei componenti termosensibili. Temperature di estrazione comprese tra 0–60°C sono ottimali per ottenere estratti di qualità superiore.
Un altro vantaggio dell’estrazione a ultrasuoni è la rapidità del processo: l’intero processo di estrazione richiede solo pochi minuti per rilasciare i cannabinoidi dalle cellule vegetali, mentre altre tecniche di estrazione richiedono ore o persino giorni di trattamento.
Sia i costi di investimento sia quelli operativi sono minimi rispetto agli estrattori alternativi, ad esempio gli estrattori a CO2 supercritica. I sistemi di estrazione a ultrasuoni offrono un ritorno sull’investimento molto rapido.
UP400St per l’estrazione dei cannabinoidi dalla canapa
- Estratti di alta qualità
- Estrazione più completa
- Elevata velocità di estrazione
- Estratto a spettro completo
- Impiego di diversi solventi
- Non tossica
- Metodo non termico (a freddo)
- Processo di estrazione rapido
- Sicura e facile da utilizzare
- Scalabilità lineare
Canapa e marijuana a confronto
La cannabis è una famiglia di piante che può essere classificata in C. Indica e C. Sativa. La canapa e la marijuana sono specie di Cannabis Sativa.
Confrontando canapa e marijuana emerge una grande differenza: mentre la canapa contiene una concentrazione molto bassa di THC (0,3% o meno), la marijuana è ricca di THC, con concentrazioni comprese tra il 15% e il 40%.
Pertanto, fino a poco tempo fa la canapa veniva coltivata principalmente per scopi industriali. Oggi la canapa è apprezzata anche per la sua resa in CBD. Il CBD è un cannabinoide non psicoattivo con proprietà antinfiammatorie e ansiolitiche. La marijuana viene coltivata principalmente per il suo contenuto di THC, utilizzato per scopi ricreativi e medicinali.
L’olio di canapa e il CBD, il principale cannabinoide presente nella canapa, sono sostanze promettenti che vengono somministrate per contribuire al trattamento di condizioni mediche quali ansia, infiammazione cronica, malattie autoimmuni, dolore, cefalea ed emicrania, disturbi gastrointestinali e altre patologie.
Il sonicatore a sonda UP400St è un diffuso estrattore a ultrasuoni utilizzato per isolare CBD, THC, CBG, CBN, altri cannabinoidi e terpeni dalla canapa e dalla marijuana.
Estrattori a ultrasuoni ad alte prestazioni
Hielscher Ultrasonics offre processori a ultrasuoni di piccole dimensioni, di medie dimensioni e industriali , che possono funzionare 24/7. In base alla materia prima e al volume da trattare, possiamo offrirti un sistema di estrazione a ultrasuoni adatto alle tue esigenze. Puoi scegliere tra estrazione in lotti ed estrazione continua. Il successivo aumento della scala per ottenere capacità di trattamento maggiori può essere effettuato facilmente, poiché i processi a ultrasuoni sono scalabili in modo lineare.
I sistemi pilota e industriali Hielscher possono erogare ampiezze molto elevate – consentendo di lavorare con ampiezze fino a 200µm in modo affidabile e continuo, con funzionamento 24/7. Per ampiezze ancora maggiori sono disponibili sonotrodi a ultrasuoni personalizzati. La robustezza dei sonicatori Hielscher consente il funzionamento in condizioni gravose e in ambienti impegnativi.
In qualità di produttore con una lunga esperienza nella realizzazione di estrattori a ultrasuoni ad alta potenza, Hielscher è il tuo partner affidabile per processi di estrazione sofisticati. Forniamo consulenza e assistenza ai nostri clienti grazie alle nostre conoscenze e li accompagniamo dalle prove di fattibilità fino all’installazione industriale.
Contattaci ora! Saremo lieti di discutere con te le tue esigenze di estrazione!
Contattaci! / Chiedici informazioni!
Installazione di Hielscher UIP4000hdT, un estrattore a ultrasuoni da 4kW, per l’estrazione industriale.
Bibliografia / Riferimenti
- Casiraghi A., Gentile A., Selmin F., Gennari C.G.M., Casagni E., Roda G., Pallotti G., Rovellini P., Minghetti P. (2022): Ultrasound-Assisted Extraction of Cannabinoids from Cannabis Sativa for Medicinal Purpose. Pharmaceutics. 14(12), 2022.
- Espinoza-Silva, Clara, Pascual, Erika, Delgadillo, Yacnehs, Flores, Omar R., Artica, Luis M., Marmolejo, Doris and Baños-Medina, Lilian (2023): Optimization of extraction using surface response methodology and quantification of cannabinoids in female inflorescences of marijuana (Cannabis sativa L.) at three altitudinal floors of Peru. Open Agriculture, Vol. 8, No. 1, 2023.
- Uzma Altaf, A Rouf, Varsha Kanojia, Qudsiya Ayaz, Imtiyaz Zargar (2018): Ultrasound treatment: A novel processing technique for food preservation. The Pharma Innovation Journal 2018; 7(2): 234-241.
- Renata Vardanega, Diego T. Santos, M. Angela A. Meireles (2014): Intensification of bioactive compounds extraction from medicinal plants using ultrasonic irradiation. Pharmacogn Rev. 2014 Jul-Dec; 8(16): 88–95.
Informazioni utili
L’estrazione a ultrasuoni si è affermata come la tecnica più efficace e semplice da utilizzare per l’estrazione di composti bioattivi da materiali vegetali. L’esempio più significativo di estrazione riuscita potrebbe essere l’isolamento del CBD e di altri cannabinoidi dalla cannabis.
Estrazione a ultrasuoni e metodi di estrazione convenzionali a confronto
La macerazione in etanolo è un metodo semplice, ma richiede molto tempo, la capacità di trattamento è limitata e i costi dei solventi e dell’energia sono elevati. I residui di solvente nel prodotto finale ostacolano l’obiettivo di produrre un estratto di alta qualità.
L’estrazione mediante un sistema chiuso a idrocarburi richiede l’impiego di combustibili fossili, per cui nel prodotto finale possono essere presenti sostanze cancerogene come il benzene.
I sistemi di estrazione a CO2 supercritica comportano costi di investimento e consumi energetici elevati. Gli estrattori a CO2 supercritica richiedono personale ben addestrato per il funzionamento, poiché i sistemi a CO2 ad alta pressione sono pericolosi da utilizzare. In caso di fuoriuscita, la CO2 può causare la morte per asfissia dei lavoratori presenti.
L’estrazione con acqua in condizioni critiche è un’alternativa rispettosa dell’ambiente, ma è lenta e rilascia solo una piccola frazione dei composti bioattivi.
Estrazione a ultrasuoni
L’estrazione a ultrasuoni è una tecnica di intensificazione dell’estrazione che può essere utilizzata in combinazione con acqua (senza solventi) oppure con solventi quali etanolo, etanolo-acqua, glicerina, metanolo, oli vegetali o altri solventi a scelta. L’estrazione a ultrasuoni favorisce il trasferimento di massa, consentendo di ottenere rese di estrazione del 95–99% . La sonicazione può essere facilmente portata a una scala maggiore e produce estratti di alta qualità.
Un estrattore a ultrasuoni su piccola scala come UP400St (400W) è in grado di trattare un lotto fino a 10L in 5–15min (a seconda dei parametri di processo, come materia prima (fresca o essiccata; infiorescenze, foglie, steli), solvente e temperatura).
Il potente estrattore a ultrasuoni UIP2000hdT da 2kW può essere utilizzato come sistema in linea. In modalità a flusso continuo, UIP2000hdT tratta facilmente da 200 a 800L/hr (anche in questo caso a seconda dei parametri di processo).
Il costo di investimento per un processore a ultrasuoni è basso rispetto a quello di un estrattore a CO2. Anche i costi energetici di funzionamento sono trascurabili. Gli estrattori a ultrasuoni sono molto sicuri da utilizzare, facili da pulire e richiedono pochissima manutenzione.
Cannabis
I composti bioattivi della pianta di cannabis (sia canapa sia marijuana) hanno suscitato grande attenzione negli ultimi tempi. In particolare, per il cannabinoide cannabidiolo (CBD) sono stati dimostrati numerosi benefici per la salute, che spaziano dalle proprietà antitumorali e antinfiammatorie agli effetti analgesici e antidepressivi. Oltre al cannabidiolo, la pianta di cannabis contiene numerosi altri cannabinoidi, come THC (tetraidrocannabinolo), cannabinolo (CBN), cannabigerolo (CBG), cannabicromene (CBC) e cannabinodiolo (CBND). I cannabinoidi hanno dimostrato un immenso potenziale terapeutico e sono al centro di numerosi studi di ricerca.
L’interazione tra i vari cannabinoidi e altri composti bioattivi, come terpeni, polifenoli, flavonoidi e alcaloidi, sembra determinare benefici per la salute ancora maggiori. L’interazione tra diversi terpeni, diversi cannabinoidi e altri composti vegetali è chiamata “effetto entourage”. Grazie a questi effetti entourage, gli estratti a spettro completo, che possono essere ottenuti con successo mediante estrazione assistita da ultrasuoni (UAE), sono noti per i loro eccezionali effetti terapeutici.
Terpeni della cannabis
I terpenoidi sono componenti degli oli essenziali presenti nei materiali vegetali. La pianta di cannabis è molto ricca di terpeni. Nella cannabis, i terpeni vengono prodotti nei tricomi della pianta. I tricomi sono i cristalli lucidi e appiccicosi che aderiscono alle foglie e alle infiorescenze. Questi tricomi costituiscono il meccanismo di difesa naturale della pianta di cannabis, che la protegge dagli insetti e dagli animali. Grazie al loro odore fragrante, i terpeni agiscono come repellenti. Per noi esseri umani, la caratteristica più evidente dei terpeni della cannabis è il loro odore. Questi terpeni contribuiscono ai numerosi benefici per la salute della pianta di cannabis (canapa e marijuana).
Oltre al loro aroma e profumo, le molecole terpeniche sono potenti sostanze vegetali che offrono diversi benefici medici.
Sia la marijuana sia la canapa del genere Cannabis Sativa contengono una quantità eccezionale di terpenoidi e più di 100 tipi diversi di queste sostanze.
Ogni terpene possiede proprietà uniche, che spaziano da effetti sedativi a effetti tonificanti. Ad esempio, il nerolidolo ha effetti sedativi e ansiolitici, il linalolo aiuta a gestire i sintomi dell’ansia e dell’artrite, mentre il mircene è noto per alleviare il dolore cronico. I terpeni β-mircene, Ɣ-pinene e umulene riducono l’infiammazione e hanno effetti analgesici.
Diversi terpeni sono esclusivi della cannabis, ma molti dei terpeni presenti nella cannabis si trovano anche in numerose altre piante. Il cariofillene si trova, ad esempio, nelle verdure a foglia verde, nel luppolo e anche nel rosmarino e nell’origano. Il limonene è il principale terpene presente negli agrumi, come limoni e arance.
L’effetto entourage
Ogni terpene è noto per specifici effetti terapeutici. Tuttavia, è noto che i terpeni e altri composti vegetali, come polifenoli e flavonoidi, mostrano effetti sinergici eccezionali, che determinano una migliore simbiosi tra i cannabinoidi. Questa interazione tra vari composti bioattivi è nota come “effetto entourage“.
L’effetto entourage rende i terpeni più biodisponibili e aiuta l’organismo ad assorbire i cannabinoidi in modo più efficiente.
Tipi di composti bioattivi
Il numero, la concentrazione e la varietà dei composti bioattivi determinano le proprietà medicinali di un estratto vegetale. Questi composti bioattivi vengono sintetizzati come metaboliti secondari, che non contribuiscono alla crescita o alla fotosintesi delle piante. Tuttavia, sono fondamentali per la sopravvivenza delle piante e per la loro interazione con l’ambiente. I composti bioattivi vegetali possono essere classificati, in linea generale, in tre classi: terpeni e terpenoidi, alcaloidi e composti fenolici. I composti fenolici sono il gruppo di metaboliti secondari più diffuso nel regno vegetale e sono ben noti e apprezzati per i loro effetti antiossidanti. Un’altra importante classe di composti fenolici a basso peso molecolare è costituita dai flavonoidi, che mostrano anch’essi effetti antiossidanti molto forti.
La gamma dei composti fenolici comprende acidi fenolici, come l’acido benzoico e gli acidi idrossicinnamici, flavonoidi, come flavoni e flavonoli, lignani e stilbeni. Un estratto a spettro completo (ad esempio ottenuto mediante estrazione a ultrasuoni dalla cannabis) comprende tutti questi diversi composti vegetali, che esercitano effetti sulla salute estremamente ampi.
Il principio di funzionamento dell’estrazione a ultrasuoni
L’estrazione a ultrasuoni si basa su onde acustiche (ultrasuoni) accoppiate a un mezzo liquido. Onde ultrasoniche intense generano cicli di alta pressione / bassa pressione. A causa delle differenze di pressione durante la propagazione delle onde ultrasoniche nel liquido, si formano bolle di cavitazione. L’implosione di queste bolle di cavitazione determina condizioni ad alta densità energetica.
L’estrazione a ultrasuoni di composti attivi e oli essenziali si basa sul principio di funzionamento della cavitazione acustica. La figura sopra mostra l’effetto del collasso di una bolla di cavitazione e il conseguente rilascio di olio essenziale dal materiale vegetale
fonte: Altaf et al. 2018
Le condizioni in prossimità delle bolle di cavitazione che implodono possono essere estreme – producendo temperature fino a 4500°C e pressioni fino a 100 MPa. L’implosione e le conseguenti differenze di pressione generano forze di taglio molto elevate e turbolenze nel punto caldo di cavitazione. La combinazione di questi fattori, ossia differenze di pressione, differenze termiche e taglio, favorisce il trasferimento di massa e quindi i processi di estrazione. Le intense forze di cavitazione ultrasonica disgregano le cellule (ad esempio di piante, batteri o tessuti) e il materiale intracellulare (come oli, lipidi, proteine e composti attivi) viene rilasciato nel solvente circostante.
L’estrazione a ultrasuoni è quindi il metodo preferito per intensificare i processi di estrazione.
L’estrazione a ultrasuoni si basa sulla cavitazione acustica e sulle sue forze di taglio idrodinamiche
Estrattori a ultrasuoni ad alta potenza dalla scala di laboratorio alla scala pilota e industriale.